用迈克尔逊干涉仪测量水的折射率.doc
实验28 《用等倾干涉条纹法测量液体的折射率》
实验提要
实验课题及任务
《用等倾干涉条纹法测量液体的折射率》实验课题任务是:由于不同的液体的折射率不相
,l'同，在光路中加有液体不同，其光程差改变不相同，造成在观察屏上生产的干涉条纹疏密不同。根据这一的光学现象和给定的仪器，
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
出实验
方案
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，以空气、水的折射率为已知，测定出待测未知液体的折射率。
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《用等倾干涉条纹法测量液体的折射率》的整体方案，内容包括:写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学
论文
政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载
的格式书写实验报告。 设计要求
? 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用
说明书
房屋状态说明书下载罗氏说明书下载焊机说明书下载罗氏说明书下载GGD说明书下载
，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理;
? 根据实验用的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性;
,Rd? 设液体的厚度为，推导出增加液体后光斑半径变化量的表达式;
? 求出未知液体的折射率，实验结果用
标准
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形式表达，即用不确定度来表征测量结果的n
可信赖程度。
实验仪器
迈克尔逊干涉仪、专用水槽及配件、激光器。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版(电子版用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里)供教师修改。
用等倾干涉条纹法测量液体的折射率 实验目的
1、进一步掌握迈克尔逊干涉仪的调节和使用方法。
2、学习用迈克尔逊干涉仪测量液体折射率的原理和实际操作方法。
实验仪器
迈克尔逊干涉仪、专用水槽及配件、激光器。
实验原理
1、仪器介绍:
迈克尔逊干涉仪的作用在于利用分光板的反射和透射，将来自光源一束光波分成两束，并经行不同的光路之后，又经分化板的反射和透射而会合，相互交迭满足相干条件，使之在一定条件下产生干涉条纹。
图一 迈克尔逊干涉仪结构图
2、测量原理:
迈克尔逊的光路系统如图1所示[1]:激光光源S发出的光通过毛玻璃F经分光板G1的半透半反射膜T分成两束光(1)和(2),它们分别可被移动反射镜M和固定反射镜M反射后,透过和反射到E处。因M′是反射镜M在1222G的像,故光束(1)和(2)可看成是气隙表层M和M′反射的光。若M和M垂直,(M和M′相平行)则入射角为1121212
2
i的光线经M和M反射后,则E处的光束(1)和(2)成为相互平行光。如果在E处置一白屏C,则可在该屏上看12
出呈同心圆的等倾干涉条纹。通过推导可得到光束(1)和(2)的光程差Δ与干涉条纹级序之间的关系 ,,2dcosi,k, 明条纹
,,2dcosi,(2k，1), 暗条纹 (1) 2
图二 迈克尔逊的光路系统
图三 迈克尔逊观察屏
式中i为入射角,d为M和M′之间气隙的厚度,k是干涉条纹级序,λ为照明光波波长。 12
仔细调节迈克尔逊干涉仪,使等倾干涉条纹中心处于观察屏的分划线AA′上 的某点O′(见图2),并使BB′和CC′线间出现m条暗条纹,则对于E、O点较低、较高级次暗条纹有
,L,2dcosiL,(2kL，1),(2)
2(3) ,H,2dcosiH,(2kH，1),
2
两者之间的光程差变化量为
2d(cosiL,cosiH),,k,,m, (4)
3
当在光束(1)中放置一两面薄光学玻璃膜特制的样品槽P如图1,当样品槽
P中分别为空气、参照液体、待测液体时,均会改变光束(1)的光程,引起两相干光
束光程差的变化Δ=l(n-n0)=l(n-1)。由此增加的光程差Δ比M1和M2′之
间气隙的厚度大很多即Δ=l(n-1) d,则样品槽的插入相当于把M1多移离M2′距离l(n-1)。这时BB′和CC′区间条纹变密并移离该区间,而在该区间重新形成较高级次的条纹。则对应于E、O点较低、较高级次暗条纹有
(5) ,L',2(d，l(n,1))cosi',(2kL'，1),L
2
,H',2(d，l(n,1)cosi',(2kH'，1)H,(6) 2
则两点间的光程差变化量为
',,,,,L',,H',2d，l(n,1)(cosi',cosi'),(kL',kH'),,,k',LH(7)
当在E、O点间重新出现m条条纹时,即有Δk′=m,且iL′?iL,iH′?ih,则由(4)和(7)式可得
''2,,d，l(n,1)(cosiL,cosiH),2d(cosil,cosiH)
所以 l(n-1)=0
′线间两次出现相同密度的m条干涉条纹图样,则必须将M可见要在视场BB′和CC向M′移动距离12
[2]l(n-1)。当样品槽中为空气(空气的折射率可近似为1)、参照液体、待测液体时,仔细调节迈克尔逊干涉仪的手轮,使屏上的BB′和CC′区间每次都调出m条干涉条纹,见(图2)所示此时M1的位置读数分别为d1、d2和d3。可以推导出待测液体的折射率:
d,d32 (8) n,(n,1)，132d,d21
式中的n2为参照液体的折射率(n=1.3330)。 2
实验步骤:
(1)将样品槽如图1所示,放在迈克尔逊干涉仪的移动镜M和分光板G间,样品槽里面为空气时,仔细调节11
迈克尔逊干涉仪微动手轮使屏上BB′和CC′区间有4条干涉条纹,记下M的位置读数d。 11
(2)将样品槽中换上参照液体(蒸馏水),仔细调节迈克尔逊干涉仪微动手轮,使屏上BB′和CC′区间同样有4条干涉条纹,记下M的位置读数d。 12
(3)将样品槽中换上待测液体,再仔细调节迈克尔逊干涉仪微动手轮,使屏上BB′和CC′区间同样有4条干涉条纹,记下M的位置读数d。在测量过程中为了消除误差,对待测液体重复测量了三次,为了避免迈克尔逊干13
涉仪的微动手轮的空程引起测量值d的误差,在测量过程中要始终保证微动手轮的单向调节,因此,在测量时应注意,先测折射率大的液体的d值。
4
实验数据表格:
测量 d d n n n 待 d 23331
次数
(平均) (标准) 测
1 液 2
体 3
5
数据处理与误差分析:
实验结果:
心得体会:
6
浙公网安备 33021202002483